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En lo alto de las copas de los árboles de una selva china, Ming Guo comenzó a explorar la influencia de una sola célula.
Estudiante de la Universidad Tsinghua de China, Guo estudió las propiedades mecánicas de las células vegetales. Dans le cadre de sa thèse de maîtrise, il a abordé une question intrigante : l’intégrité physique d’une cellule – sa taille, sa forme, sa souplesse ou sa rigidité – a-t-elle quelque chose à voir avec la hauteur d ‘un árbol ?
En busca de una respuesta, Guo recorrió los bosques de la provincia de Yunnan, recolectando hojas de los árboles más altos, algunos de más de 200 pies, demasiado altos para que el propio Guo los escalara. Así que solicitó la ayuda de un estudiante del club de escalada de la universidad, quien escaló los árboles y recolectó hojas a diferentes alturas a lo largo de su longitud.
Después de analizar las células vegetales individuales de cada hoja, Guo observó un patrón: cuanto más altas eran las hojas, más pequeñas eran las células. Y, lo que es más interesante, el tamaño de una sola célula podría predecir más o menos qué tan alto puede crecer un árbol.
Este trabajo inicial sobre las células de los árboles dejó clara una cosa en la mente de Guo: la forma física de una célula puede desempeñar un papel en el desarrollo de un organismo completo. Esta comprensión lo motivó a estudiar la mecánica celular, en células vegetales y posiblemente animales, para ver qué más pueden revelar las propiedades físicas de una célula sobre el crecimiento de células, tejidos, órganos y organismos completos. .
«La gente estudia las células en el contexto de su biología y bioquímica, pero las células también son simplemente objetos físicos que puedes tocar y oler», dice Guo. “Al igual que cuando construimos una casa, usamos diferentes materiales para tener diferentes propiedades. Una regla similar debe aplicarse a las células cuando forman tejidos y órganos. Pero en realidad, no se sabe mucho sobre este proceso.
Su trabajo en mecánica celular lo llevó al MIT, donde recientemente ocupó un puesto y es profesor asociado de desarrollo profesional para la promoción de 1954 en el Departamento de Ingeniería Mecánica.
En el MIT, Guo y sus estudiantes están desarrollando herramientas para empujar y empujar cuidadosamente las células y observar cómo su forma física influye en el crecimiento de un tejido, organismo o enfermedad como el cáncer. Su investigación une varios campos, incluida la biología celular, la física y la ingeniería mecánica, y se esfuerza por aplicar el conocimiento de la mecánica celular para diseñar materiales para aplicaciones biomédicas, como terapias para detener el crecimiento y la propagación de células enfermas y cancerosas.
“El MIT es un lugar perfecto para eso a largo plazo”, dice Guo. “Es interdisciplinario y siempre muy inspirador, y al interactuar con diferentes personas fuera del campo, obtienes más ideas. Es más probable que puedas desenterrar algo útil.
La naturaleza de los objetos físicos.
Guo creció en Shijiazhuang, una ciudad a dos horas en tren de Beijing. Sus padres eran ingenieros: su padre trabajaba en la fábrica local y su madre construía modelos que enseñaban sistemas de tránsito en una escuela vocacional. Sus padres trabajaban duro y, como la mayoría de las familias de fábricas, no podían darse el lujo de cuidar a su hijo cuando no había escuela.
«En el verano tenían que ir a trabajar y simplemente me encerraban en casa. Le tiraba las llaves a alguien para que abriera la puerta y poder ir a jugar con ellos», recordó Guo.
Él y sus amigos se dirigían a un grupo de edificios residenciales cerca de la fábrica y pasaban el día escalando.
“Me gustaba escalar torres y edificios bajos y observar cómo estaban estructurados”, recordó Guo. “También había un pequeño río donde intentamos pescar. La mayoría de las familias no tenían muchos ahorros al final del año y no pusieron mucho esfuerzo en la educación. Pero recuerdo que cuando era niño me divertía mucho.
La escuela y la ciencia se volvieron más importantes en la escuela secundaria, cuando Guo tuvo la oportunidad de visitar a un primo que asistía a la Universidad de Tsinghua. Recuerda que se sintió especialmente atraído por un libro de texto en el estante de su primo, sobre la mecánica estructural de los puentes. La corta estadía lo inspiró a postularse a la universidad, una de las dos mejores escuelas del país. Una vez aceptado, se dirigió a Tsinghua para obtener un título en mecánica.
Después de una breve incursión en la mecánica de fluidos y un proyecto que incluía simulaciones de una bomba de sangre artificial, Guo decidió dar un giro y centrarse en cambio en la mecánica de las células, en particular las células vegetales. Inspirado por su asesor, abordó el tema de la influencia de la integridad mecánica de una célula vegetal en la altura de crecimiento de un árbol. El proyecto se convirtió en una tesis de maestría mientras Guo permaneció en Tsinghua como estudiante de maestría.
“Al trabajar con plantas, me di cuenta de que las células animales también eran muy interesantes”, dice Guo. «Me fascinaba la naturaleza de los diferentes materiales, especialmente los materiales biológicos, y cómo entenderlos simplemente como objetos físicos».
«Un impacto profundo»
Cuando estaba terminando su trabajo sobre las células arbóreas, Guo aprendió sobre la investigación con células animales y recurrió al trabajo de David Weitz, un físico de la Universidad de Harvard que se especializa en la materia blanda, incluidas las propiedades mecánicas de las células vivas. El trabajo de Weitz motivó a Guo a postularse al programa de posgrado en física aplicada de Harvard.
En 2007 llegó al campus de Cambridge, la primera vez que se aventuraba fuera de China, y se sintió perdido en medio de un paisaje nuevo y extranjero.
«Había llenado mi maleta hasta la mitad con ramen, y la primera semana solo comí ramen porque no sabía dónde comer», recuerda Guo. «Tampoco entendí nada en algunas de mis clases, porque el tipo de inglés que aprendí en China no era la forma en que la gente realmente habla aquí».
Después de un tiempo, Guo encontró su equilibrio y se sumergió en el trabajo del laboratorio de Weitz, donde centró su tesis doctoral en comprender el «comportamiento de no equilibrio», o movimientos físicos en una sola célula, y en la búsqueda del origen del energía para generar tales movimientos.
“Este trabajo realmente cambió mi dirección”, dice Guo. «Sabía lo que quería hacer: continuar entendiendo cómo la mecánica celular, en sistemas multicelulares como órganos y tejidos, influye en todo».
En 2015, se mudó al MIT, donde aceptó un puesto como profesor junior en el Departamento de Ingeniería Mecánica. En el Instituto, ha definido sus objetivos de investigación en torno al desarrollo de nuevas herramientas y técnicas para estudiar mejor las células vivas y cómo sus propiedades físicas y mecánicas influyen en la forma en que las células se mueven, reaccionan, se deforman y funcionan.
«En los últimos años, hemos hecho grandes descubrimientos sobre cómo, si cambia el entorno mecánico de una célula, como su rigidez o su contenido de agua, eso tiene un gran impacto en la bioquímica fundamental, como la transcripción y la señalización celular. , que a su vez regula el crecimiento multicelular», explica Guo. «Entonces, la mecánica celular puede tener un impacto muy profundo en la biología».
Además de su investigación, a Guo también le gusta enseñar a los estudiantes del MIT, más recientemente en 2.788 (Ingeniería mecánica y diseño de sistemas vivos), una clase que desafía a los estudiantes a aplicar la mecánica celular para diseñar nuevos sistemas y maquinaria. En una clase reciente, los estudiantes usaron células del músculo cardíaco para bombear líquido a través de un chip de microfluidos. Una clase anterior amplificó el voltaje natural dentro de una fábrica para impulsar una pequeña rueda.
“Los momentos más enérgicos y felices que tengo son hablando con los estudiantes”, dice Guo. «A menudo me dan sorpresas o nuevas ideas que amo y espero con ansias».
En los últimos años, la investigación y la enseñanza de Guo se han ampliado para considerar no solo la mecánica de las células individuales, sino también los sistemas multicelulares, un cambio que él atribuye a la llegada de su hija.
“Ella nació en 2016, y en ese momento todo mi grupo estaba trabajando en células individuales”, explica Guo. “Pero al ver cómo se desarrolló, siento que entender algo tan complejo es mucho más interesante. Así que también comenzamos a trabajar en la exploración de la mecánica y la mecanobiología de sistemas más complejos, como tejidos y embriones.
